Система управления химико-термической обработкой изделий в печи

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (Ш 1 4 О АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ чиком 7, д став газов ность газа -дадатчиком 8, с б, влажление 13 и ннь ство СССР рои- окао СССР б, 1982. тно нерари по,13 по упемяе ОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВ(57) Изобретение относится к устройствам регулирования состава газа печной атмосферы нри химико-термическойобработке изделий. Цель изобретенияповьппение качества химико-термическойобработки. Изобретение заключается втом, что в процессе обработки измеряется температура газа в печи датчиком 4 С 21 О 1/7 б 11/00 м 15 и количество деталеи, пих в печь - датчиком 5. Укадатчики соединены с входами управляющего вычислительного у ства (УВУ) 9. В зависимости от заний датчиков УВУ 9 изменяет шение мекку газом и воздухом, пающими через эндотермический тор 1 и смеситель 2 в печь 4, мощи исполнительного механизма установленного на трубопроводе дачи,воздуха в генератор 1. УВ равляет также при помощи венти и 11 составом и количеством га поступающих иэ кассы газов 14 кости) в смеситель 2, что поэв регулировать состав атмосферы 4. 1 ил.1301854 25 1Изобретение относится к химикотермической обработке (ХТО), а болееконкретно к устройствам регулированиясостава газа печной атмосферы, и может быть использовано, например, вмашиностроительной, газовой и нефтяной промышленностях,Целью изобретения является повышение качества химико-термическойобработки, 10На чертеже схематично изображена предлагаемая системаСистема ХТО изделий содержит эндотермический генератор 1, через смеситель 2 связанный трубопроводом"3 спечью 4. Датчики 5-8 соответственносчета деталей, температуры газа, влажности газа, давление газа соединеныс управляющим вычислительным устройством (УВУ) 9. С УБУ 9 через вентили10 и 11 (исполнительные механизмы)осуществляется связь со смесителем 2,а через исполнительный механизм 12с трубопроводом 13, подающим воздухв эндотермический генератор 1.Касса 14 газов (емкости) черезвентипи 10,11 связана со смесителем2, Система ХТО изделий содержит такжедатчик состава газов, соединенный сУВУ 9.ЗОСистема работает следующим образом.На эндогенератор 1 поступает потрубопроводам газ и воздух. При этомвоздух с помощью исполнительного механизма 12 в трубопроводе 13 регулируется от УВУ 9, осуществляя грубоеуправление углеродным потенциаломпо информации ог датчика 7 влажностис учетом температуры газа, измеряемой Одатчиком 6,Б системе имеется первый замкнуьый контур (внешний) управлениядатчики 6 и 7, управляющее вычислительное устройство (УВУ) 9, исполнительный механизм 12, трубопровод13, основной источник газов (эндогенератор) 1, смеситель 2, трубопроод 3, печь 4, а также второй замкнутый корректировочный (внутренний)контур регулирования - датчики 5-7,УВУ 9, вентили 10 и 11 с корректирующей кассой 14 газов, смеситель 2,трубопровод 3, печь 4,Конструктивные признаки системыуправления химико-термической обработки изделий: наличие двух контуровуправления и регулирования, датчиков,исполнительных меланизмов, выполняющих функции грубого регулированияпечной атмосферы (регулирование углеродного постенциала) и точного корректирования с помощью кассы газов,являются существенными и необходимыми так как за счет этих признакови устройств осуществляется точная(необходимая регулировка, управление)печной атмосферы в самой печи и обеспечивается инвариантность системык внешним возмущениям. Конструктивное выполнение системы и связей за счет технической возможности поцавать в любой интервал времени точно вычисленное количество добавки вполне определенного газа, даже которого нет в основных источниках газов, обеспечивает необходимуюатмосферу печи и качественный выходизделий. Использование датчиков счета и давления совместно с кассой газов иЭндогаз по трубопроводу 3 поступает в печь. На тэубопроводе 3 установлен смеситель 2, смешивающий эндогазс необходимой точной добавкой определенного газа из кассы 14 газов,Управление подачей дополнительныхгазов (точное корректирование атмосферы осуществляется вентилями 10 и 5 р11 (исполнительными механизмами) отУВУ 9, Датчики 15,6,8 и 5 соответственно состава газов, температуры,давления и счета деталей установленынепосредственно в печи, соединены совходом УВУ 9 которое обрабатываетпоказания и поддерживает оптимальныйрежим работы системы по необходимымпараметрам,смесителем, включенным непосредственно в трубопровод эндогаза перед печью, значительно повысит качествогаза и требуемый его состав, включая и те газы, которые на выходе эндогенератора по ряду технологическихпричин имеются в недостаточном количестве или вообще отсутствуют,С помощью УВУ 9 возможно вводитьв эту многосвязную систему автоматического регулирования различные постоянные, например наличие того или иного легирующего элемента в обрабатываемых деталях, обеспечивать управление, практически, по любым законам.10 а,Ь;,20 Т -- + Х = КУ Йх с 1 е ф Б,мг теплоте остояннаяри С =1,171,ическа для СО апример 1000 С а рав ра ечи,-м балл авление е,выход авлений объем го газ удельм сече ииР к мрас емныи секун а-го газахо Наличие отдельных замкнутых контуров регулирования повысит точность и качество управления.При поступлении информации с датчиков печи в УВУ 9 оно согласно заложенного в нее алгоритма рассчитывает количество добавки того илиионого газа, которое пропорционально количеству и площади обрабатываемых изделий с учетом температурыи текущих значений давлений печи и вкассе газов по каждому газу. УВУ с помощью своего счетчика времени управляет длительностью передачи газов всмеситель от кассы газов. Учитывая, 15что работают два контурарегулирования, то первый, грубый контур (внешний) работает по следующему уравнению: где Х - вход, например, наличия Н Ос датчика 7;у - в. Од, который определяет 25управление исполнительныммеханизмом 12;Т - постоянная времени, например,эндогенератора;К - коэффициент, зависящий от ко- З 0эффициента усиления в данномконтуре.Для более точной регулировки углеродного потенциала учитывается коэффициент легированности, используется 35датчик 6 температуры и вводятся на основе его показаний и поправочного коэффициента легированноети стали (материала) поправки (из таблицы) с пульта ввода информации УВУ 9. В системе 40обеспечивается возможность программного управления в широком диапазонесостава печной атмосферы, в том числев течение цикла термообработки.На состав газа в самой печи оказывают влияние обрабатываемые изделия (детали), их площадь и количество. Для учета этого в системе ХТОустановлен датчик 5 счета, а в памятиУВУ 9 имеется площадь изделий. Это 50техническое решение поясняется следующими зависимостями,4щ - число изделий каждого наинменования,Я - площадь одного изделия каждого наименования,ч; = ч, аЬм,удельное значение объема-го газа, приведенное к текущим значениям температурыи времени выдержки сь длясоответствующего газа;удельное значение объемногоистощения -го газа, составляющего печную атмосферу,при определенных постоянныхзначениях С и с,постоянные коэффициенты для-го газа,текущее значение температуры;длительность нахождения изделий в печи где Ч - объемное истощение по 1-мугазу,К, - коэффициент конфигурации деталей. Алгоритмы (уравнения) определения времени открытия вентилей 10 и 11 (исполнительных механизмов) для ь-го газа: скорость истечения из кассовогобаллона азовая постоянная,73,15 +( - темперпечи);я площадь обрабатываж изделий мсгде Р - площадь выходного сеченияплотность -го газаНаконец, нахсдится время, в течение которого должен быть открыт1-й клапан,7р 1301854 61% хрома и 1% марганца. Эта добавкаосуществляется за счет внутреннегоконтура, а весь цикл ХТО СО стабилизируется на уровне С,43% СО за счетвнешнего 0,4% СО и внутреннего 0,03%СО,.Причем давлецие газа в печи 50 ммвод,ст.с помощью УВУ 9 для второго контура,Значения перечисленных переменных 10 и коэффициентов могут быть найдены в технических условиях, ГОСТах и других руководствах по газовому хозяйству.При отсутствии предлагаемой систе мы при спекании изделий, изготовленных методом порошковой металлургии из шихты с железным порошком 1 ИЗ,вместо необходимой твердости НВ 110- 120 образуется твердость порядка 20 НВ 120-190, Наблюдается такой перепад твердости даже на одном изделии, При этом содержание углерода превышает номинал в 2-3 раза и цоходит до 0,38%. Так как этим спеканием изделиям необходима дальнейшая механическая и другая обработка. в соответствии с технологией, то возникает проблема использование специального инструмента.30При этом брак по излишнему науглероживанию или скислению составляет 30%П р и м е р. Проводят ХТО изделий35 (деталей) с исг:ользованием предлагаемой системы, изготовленных из материала следующего состава,%: хром 1, марганец 1; углерод 0,03, кремний О, 1; сера 0,02; фосфор 0,02; железо остальное.Состав печной атмосферы,%: СО 18- 22, Н 28-30, СОд 0,4, СН 4 0,3, О до 0,2, который поддерживается (стабилизируется) первь 1 м замкнутым (внешним) контуром. Детали проходят двухчасовой цикл обработки, но так как в составе материала деталей имеются легирующие элементы, то для нормального и качественного протекания ХТО с первых двух минут вводят из дополнительного объема СН 4 (второй корректировочный замкнутый контур).Для поддержания оптимальной печной атмосферы из дополнительного обье.55 ма вводится СН, до величины СО , равной 0,43%. При этом основное влияние в увеличении СО оказывают легирующне элементы материала изделий,Партию заготовок подвергают визуальному осмотру, проверке на твердость и с помощью химического анализа определяют количество углерода (С). Окисление отсутствует, твердость поверхности изделий колеблется в номинальных технологических пределах: НВ 110-120, а одержание углерода порядка 0,12-0,14%.Наличие многосвязной замкнутой системы автоматического регулирования,позволяющей обеспечивать печь необходимой атмосферой, значительно сократить брак ХТО, УВУ создает централизацию управления и повышает быс.тродействие всей системы,формула и з обретенияСистема управления химико-термической обработкой изделий в печи, содержащая эндогенератор, и подсоединенными к нему трубопроводами подачи природного газа и воздуха, исполнительный механизм с регулирующим органом изменения соотношения расходов газа и воздуха, подаваемых в эндогенератор, датчик температуры, влажности и состава газов, емкости для технологических газов, управляющее вычислительное устройство, смеситель и исполнительные механизмы с регулирующими вентилями на линиях подачи газовых компонентов из емкостей ксмесителю, установленному между эндогенератором и печью, причем выходы датчиков газовых компонентов, датчика температуры и влажности подсоедииены на входы управляющего вычислительного устройства, выходы которого подсоединены к исполнительным механизмам на линиях подачи газовых компонентов из емкостей в смеситель ик регулирующему органу изменения соотношения газа и воздуха, подаваемого в эндогенератор, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышеСоставитель А. АбросимовТехред Л.Сердюкова Редактор С. Пекарь Корректор И. Эрдейи Заказ 1193/27 Тираж 550ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 1301854 8ния качества химико-термической обра- чем датчики давления и счета деталейботки, она снабжена датчиком давле- подсоединены на вход управляющегония и датчиком счета деталей, при- устройства.